旋风铣削理论及在双螺杆泵螺杆加工中的应用

论文摘要

螺杆泵是一种新兴的工业用泵。螺杆泵的型式有很多种,适合不同的用途。2G-A型双螺杆泵是一种非完全密封型的螺杆泵,可以用来输送含有杂质的介质,稳定性和可靠性都比较高。因此,应用比较广泛。螺杆泵是依靠相互啮合的螺杆形成的密封腔输送介质的,所以螺杆的设计和加工就决定了螺杆泵的性能。本文针对2G-A型双螺杆泵进行研究,主要研究螺杆的型线设计和加工。螺杆的螺旋面是由螺杆端截面型线绕其轴线做螺旋运动形成的,对螺杆型线的研究是保证和提高螺杆泵工作性能的关键,也是设计螺杆加工刀具的基础。2G-A型螺杆泵螺杆的端面型线比较复杂,根据螺杆截面型线的形成原理,运用齿轮啮合理论,推导了螺杆端面型线的方程和啮合线方程,并用MATLAB GUI工具箱设计了螺杆截面型线的计算窗口,可以针对不同设计参数的螺杆计算螺杆端截面、轴截面和法截面曲线的坐标,并生成坐标点数据文件。目前,普遍采用的螺杆加工的方法主要是成型铣削法,用专用螺杆铣床加工,包括开槽、粗加工、半精加工和精加工,生产效率低。本文提出采用内旋风铣削加工螺杆的方法。首先分析了内旋风铣削加工的原理,建立了内旋风加工的数学模型,并推导了内旋风铣削刀具刃形的计算方法；根据A型螺杆的截面曲线方程,推导了刀具与工件的接触线方程,采用MATLAB编程计算了刃形的坐标点。在SolidWorks中,根据选择的刀具参数和刀具刃形的坐标点进行了刀具的三维建模。对SolidWorks进行二次开发,设计了A型螺杆的参数化建模系统；根据内旋风铣削的原理,编程仿真铣刀加工螺杆的过程,最后得到螺杆的螺旋曲面；截取加工后横截面型线,与理论设计的型线比较；在改装的普通车床上进行了内旋风铣削加工实验。结果表明,在现有条件下,用内旋风铣削能够简化螺杆生产工序,并达到螺杆半精加工要求,且大大提高生产效率。在实际应用中,可以通过对内旋风铣削头进行改进,直至设计内旋风铣削专用机床,可一次性实现螺杆精加工。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 螺杆泵概述
• 1.2.1. 螺杆泵分类
• 1.2.2. 螺杆型线的研究现状
• 1.2.3. 螺杆加工技术概述
• 1.3 本论文研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 2G-A型双螺杆泵的型线设计
• 2.1 基础理论
• 2.1.1 旋转矩阵
• 2.1.2 坐标变换
• 2.1.3 螺杆齿廓常采用的曲线
• 2.1.4 螺杆形成原理
• 2.1.5 平面啮合原理
• 2.2 2G-A型齿双螺杆泵型线和啮合线方程
• 2.2.1 转子型线方程
• 2.2.2 啮合线方程
• 2.3 坐标计算
• 2.4 小结
• 第三章 螺旋面的形成及加工
• 3.1 曲面
• 3.1.1 曲面的表示方法
• 3.1.2 曲面的法线和切平面
• 3.2 螺旋面的形成
• 3.2.1 螺旋面的形成和方程
• 3.2.2 螺旋面的法矢
• 3.2.3 螺旋面的特性
• 3.3 螺旋面的加工方法
• 3.3.1 直纹螺旋面的车削
• 3.3.2 盘铣刀铣削
• 3.3.3 指状铣刀加工
• 3.4 本章小结
• 第四章 内旋风铣削理论及刀具设计
• 4.1 内旋风铣削的原理
• 4.2 旋风铣削运动的矢量建模
• 4.2.1 运动过程的矢量建模
• 4.2.2 运动过程的矢量表达
• 4.3 旋风铣削刀具设计
• 4.3.1 刀齿廓形设计原理
• 4.3.2 刀具廓形设计
• 4.4 螺杆的刀具齿廓计算
• 4.4.1 螺杆横截面方程变换
• 4.4.2 接触线方程推导
• 4.4.3 实例计算A型螺杆的加工刀具坐标
• 4.4.4 刀具的三维建模
• 4.5 本章小结
• 第五章 螺杆建模与加工
• 5.1 建模工具的选择
• 5.2 螺杆建模
• 5.2.1 2G-A型双螺杆泵主杆设计
• 5.2.2 2G-A型双螺杆泵从杆设计
• 5.3 螺杆的加工仿真
• 5.3.1 内旋风铣削刀盘的设计
• 5.3.2 仿真加工
• 5.3.3 端截面型线对比
• 5.4 实验验证
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 详细摘要
• Abstract